浅析茶室建筑与室外热环境的研究——以田螺山茶室为例

赵 宇

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 杭州 310000）

自唐代以来，茶楼、茶馆做为客商休息的场所，建筑形式和风格随着经营方式而不断演变，现代茶室建筑的设计受到地域文化和新技术的影响[1-2]，传统材料运用于当代茶室建筑设计，建筑的形式与周边环境的更为呼应。

当前，茶室建筑作为现代生活中休闲、品茗的文化娱乐场所，可以为市民提供放松心情的室内外空间，而茶室建筑的热环境品质直接影响人们活动的舒适性和安全性。早期茶室建筑热环境研究主要集中在室内，慢慢的向室外空间进行延伸。茶室的室外热环境研究目的是寻找改善热环境措施，而地面温度等参数是反映室外热环境的直接途径，舒适的室外温度吸引人们在品茶之余，增加人们的室外活动，减少室内停留时间，也相应地减少了暖通、照明的使用，有利于节能环保和减少碳排放。

1 研究对象与方法

地面温度是室外下垫面热特征的重要表征，草地和混凝土地面等下垫面作为影响建筑室外热环境的重要因素[3-4]，在建筑外部环境要素中大量出现，并直接影响室外热环境的品质。在当代茶室建筑设计中，关于室外热环境的评价与研究相对较少，本文通过遥感技术手段直接获取茶室建筑室外下垫面地温，分析并评价夏季和冬季茶室室外热环境的表现。

1.1 研究对象

本文以田螺山茶室为例，茶室位于宁波东钱湖镇的田螺山景点，处于东钱湖湖畔，室外草地、林地和水体等下垫面特征明显，茶室外立面采用交错的木材来塑造建筑表皮，建筑形态呈现“U”型起伏错落，与周围的坡地环境相呼应，如图1所示。

图1 田螺山茶室

1.2 数据获取与地温反演

茶室所在的东钱湖镇影像数据是从美国地质勘探局（USGS）网站获取的2020年2月21号和同年9月16号的Landsat 8卫星遥感影像，两组数据的卫星影像质量较好，云量在5%以下。Landsat 8遥感影像的可见光波段分辨率为30 m，热红外波段分辨率为100m，本文用研究区的矢量边界对影像图进行裁剪处理，方便后期数据处理。

本研究对Landsat 8卫星遥感影像进行反演分析，依据美国宇航局NASA的数据使用手册（landsat.usgs.gov/documents），进行遥感影像的辐射定标和大气校正。然后，利用ArcGIS软件计算归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和植被覆盖度，并采用覃志豪等[5]提出的单窗算法反演出夏季、冬季东钱湖镇的地表温度。

为了将东钱湖镇地温在同一水平进行科学的比较，本文采用杰克斯自然断点法将东钱湖镇地温图划分为7个地表温度区块，夏季的东钱湖镇地温范围在23.39℃与35.18℃之间，东钱湖的温度区块为23.39℃至24.64℃，茶室所在的位置靠近东钱湖，茶室建筑所在的地温在27℃左右；冬季的东钱湖镇地温范围在7.30℃与21.29℃之间，东钱湖的温度区块为图中7.30℃至9.11℃，茶室建筑所在的地温在11℃左右。两组数据质量较好，代表冬季和夏季东钱湖镇地温情况，地温反演图如图2所示。

图2 宁波东钱湖镇夏季、冬季地温图

2 结果与分析

2.1 夏季茶室室外热环境分析

本文通过夏季的影像裁剪对茶室所处位置进一步提取，在缩小范围后将该比例尺下地温图划分为5个地温区块，如图3所示，田螺山茶室位于图中“a”处，夏季茶室所处的地面温度范围在27.68℃至29.05℃，热舒适性较好；茶室冬面为东钱湖，东钱湖水体在温度区块中表现为温度最低的区块；茶室西南面“b”处为居民小区，小区整体地面温度普遍偏高，最高地温达31.33℃；茶室西面为丘陵山区，林地所处的温度范围在25.03℃至26.57℃。

图3 夏季田螺山天地图与地温图图片来源：自绘

为进一步分析茶室建筑室外热环境情况，本文对茶室周边的室外环境进行目视解译。如图3和图4所示，茶室所在的温度区间在27.68℃至29.05℃，与室外草地地温区间26.58℃至27.67℃不同，这是因为茶室屋顶材料为混凝土，由于混凝土屋面和草地的热传导性能和热容量等热学性质的不同，且室外草地伴有良好的风廊降温效应和蒸腾散热作用，造成茶室与周边草地较大的表面温度差异。东钱湖水体的温度区间23.55℃至25.02℃，在地温图中均表现为最低的温度区块。在茶室西南处的居民区呈现较高的温度区块，主要温度区间在27.68℃至31.33℃，居民区密集处出现最高温31.33℃，与田螺山茶室单一建筑不同，居民区随着聚集程度的提高而导致热量聚集。丘陵区的林地温度区间在25.03℃至26.57℃，宁波处于亚热带常绿阔叶林分布区，在夏季阔叶林的降温效果较好，在地温图中表现较好的热环境品质。

图4 田螺山茶室（a）与居民区（b）

2.2 冬季茶室室外热环境分析

本文对冬季影像进一步提取，同样在缩小范围后将该比例尺下地温图划分为5个地温区块，如图5、图6所示，田螺山茶室位于图中“c”处，该日茶室所处的地面温度范围在12.85℃至15.06℃，热舒适性较好；在影像东侧，冬季东钱湖水体在温度区块中表现为温度最低的区块，温度范围在7.62℃至8.52℃，；茶室西南面的居民小区图中“d”处，地面温度变化较小，小区与茶室建筑地面温度范围同样处于12.85℃至15.06℃；茶室西面的丘陵山区，林地所处的温度范围在9.84℃至12.84℃，横跨两个温度区间。

图5 冬季田螺山天地图与地温图

通过目视解译，如图5和图6所示，在冬季，茶室、室外草地与茶室西南面的居民小区所在的温度区间在12.85℃至15.06℃，与夏季三地地温表现明显差异不同，这是因为冬季遥感影像中草地呈现裸地状态，林地地温与茶室和居民区地温表现一致。冬季东钱湖水体的温度区间在7.62℃至9.84℃，水体的温度区间横跨最低温和次低温区间，水体越靠近陆地处受到的升温现象明显。丘陵区的林地温度区间在9.84℃至12.84℃，冬季阔叶林的降温效果不明显，林地较高地温温区出现在茶室和居民区附近，林地和水体对茶室和居民区起到一定的冷岛降温效果。

图6 田螺山茶室（c）与居民区（d）

3 结语

在长三角地区，依山傍水设计的园林式茶室有着良好的室内外热环境品质。本文从地表温度的角度探究田螺山茶室室外热环境受不同下垫面林地、草地和水体的影响，以田螺山茶室为例，通过夏季和冬季的遥感影像分析并做出以下总结：

（1）在夏季遥感影像的目视解译中，田螺山茶室室外热环境受到茶室周边下垫面的影响，相较于东钱湖镇高温区块密集的北部，茶室西面东钱湖的水体为该区域提供冷岛效应，对茶室热环境有着良好的降温基础；室外草地的蒸腾、增湿效应导致与对茶室产生一定的温度差，缓解了茶室的散热问题，避免茶室室外出现居民区最高地温的情况；丘陵区的林地同样表现为较低地温，对茶室室外热环境有一定缓解作用。（2）在冬季遥感影像的目视解译中，田螺山茶室室外地温与居民区表现一致，茶室西面东钱湖的水体处于7.62℃至9.84℃，对茶室12.85℃至15.06℃的温度区间产生更加明显的温度差，冬季茶室室外热环境受到水体冷岛效应的的影响强于夏季；而冬季茶室室外草地表现为裸地状态，冬季草地对茶室室外热环境的影响明显弱于夏季；冬季丘陵区的林地地温与茶室室外地温接近，而夏季丘陵区的林地地温与茶室室外地温相差两个温度区间，说明冬季林地对茶室室外热环境的影响弱于夏季。（3）茶室建筑通过形态设计与坡地呼应平面形制整体呈现“U”，建筑主体结构灰色的混凝土墙体，在隔热上起到作用，也为茶室建筑室外热环境提供散热基础。通过茶室室外环境与居民区的比较，宽敞的室外绿地空间加快热量传递，为茶室建筑的散热提供良好基础。